CAST工艺在制革废水处理中的应用

苏艳萍，夏丽娟，焦迎迎

（1.浙江瑞阳环保科技有限公司，浙江 温州 325000；2.上海建科环境技术有限公司杭州分公司，上海 200000；3.浙江新境生态环保科技有限公司，浙江 杭州 310000）

1 CAST工艺的基本特征与工作原理

1.1 CAST工艺的基本特征

CAST工艺主要是针对污染物的一种降解处理手段，通过从好氧到缺氧，再到厌氧的三种状态变化，实现污染物的有效降解，其主要特征有以下几点：（1）操作程序简单。在CAST工艺应用期间，所涉及的构筑物相对较少，流程简单且对操作水平没有过高要求；（2）优势显著——荷载力较高。CAST工艺下，曝气池具有完全混合式、推流式两种优势，而且盛水量与其他工艺比具有明显优势，如果需要处理的废水具有明显的水质波动，CAST工艺也可以凭借其较强的抗冲击负载能力实现正常的降解处理；（3）脱氮除磷效果优异。通过对曝气及间歇时间的控制，能够在污水反应池中建立良好的条件，促进好氧到厌氧的交替，提高脱氮除磷效果，有效控制了菌群的活动与繁衍；（4）设备损耗较大，成本问题需要关注。CAST工艺下，设备的运作并非全程，闲置率相对较高，而且设备损耗也相对较大，需要经常进行维修养护，维修养护的成本却成为一个问题，所以企业在应用CAST工艺时在考虑经济效益的同时，应确保设备维修养护的常态化进行。

1.2 CAST工艺的工作原理

CAST工艺主要是基于传统SBR工艺进行改良创新的一种全新的工艺，与传统SBR工艺的主要区别是增设了生物选择区及污泥回流等环节，使CAST工艺在运用过程中生成了厌氧区、好氧区、兼氧区，通过A2/O工艺及SBR工艺的优势融合，使CAST工艺在处理制革废水时，生物脱氧除磷效果更加优异。CAST工艺在运行期间，不同微生物可以在不同负载条件下，结合对应的增值速度与废水进行生物脱氮除磷，从而加强CAST工艺的脱氮除磷实际效果[1]。CAST工艺的应用并非一成不变的，需要针对不同的制革废水和制革工艺情况，对CAST工艺进行调整，一般情况下运行4 h，其中2 h进水→曝气并完成生物降解、1 h沉淀，在废水逐渐静止后进行泥水分离，滗水时间也需要控制在1 h左右。为保证CAST工艺处理制革废水的连续性，一般要设计4个处理池，具体工艺流程如图1所示。

图1 CAST工艺流程

2 CAST工艺在处理制革废水中的应用

2.1 制革废水来源分析

A企业主要从事羊皮蓝湿皮加工成服装革，生产规模在110万张/年，废水产量平均为745 m3/d，生产工艺主要包含削匀、水洗、中和、加脂、磨革、填充染色等。废水一般来自回软、中和、染色等多个与水相关的生产工序。针对A企业的废水进行检测，废水中的COD含量在250～12 800 mg/L，加权平均COD浓度在1 300 mg/L左右，氨氮浓度为5～150 mg/L，加权平均40 mg/L。

2.2 设计原则分析

A企业生产厂区位于关键的供水渠道，所以厂区位置较为敏感，按照地区环保单位出具的标准要求，废水经过处理后需要达到《污水综合排放标准》（GB30486-2013）的要求，同时参照GB8978-1996二级标准，CODCr≤300 mg/L、BOD5≤100 mg/L、SS≤150 mg/L、NH5—N≤15 mg/L。同时，污水处理工艺方面也要尽量简单，要便于应用和管理。高程布置方面需要选择立体布局的方法，利用好地下空间的同时合理规划地上空间，节约空间资源。施工安装方面也要尽量保证设备的运行状态可靠，实现分期性建设。还要尽量提高污水的处理程度，尽量降低制革废水处理过程中的能耗水平，构筑物处理对水力负荷、有机物负荷适用范围较大，因此能够提高CAST工艺系统的抗冲击负荷力。

2.3 工艺流程

A企业制革废水中的BOD5/CODCr比值在0.3～0.55间，具有较高的可生化性，但也含有毒害性较大的S2-与Cr3+，同时悬浮物含量也相对较大，所以在制革废水处理工艺方面需要采用科学的预处理手段。物化环节需要最大程度地降低废水中的COD、SS、色度等水平，实现制革废水与生活污水的混合进入，CAST池则可以进行处理废水，将废水净化到排放标准。

2.4 工艺分析

由于制革废水中铬离子的存在形态为Cr3+，虽然相较于六价铬，三价铬对于人体健康的威胁更低，但也会在水环境或植物中不断积累，所以物化处理在制革废水处理中也是必须进行的重点环节。物化处理可以有效清除废水中的S2-与Cr3+，为后续的生化处理奠定良好基础。将废水中的含铬废水进行分流，并加入Ca（OH）2，通过Cr3+与OH-反应生成Cr（OH）3沉淀。为改善之后构筑物处理的整体效果，需要将废水输送到曝气沉砂池后去除其中的皮毛和沙粒等，并在反应池中加入FeSO4反应，并加入助凝剂来加快反应后的沉降过程。由于A企业的生活污水同样也需要进行处理，生物处理选择CAST工艺，在运行期间，根据进水→曝气、沉淀、进水→闲置等周期，生物选择器设计在反应池首部，反应条件主要在缺氧与厌氧间循环，微生物经过酶的迅速转移作用，可以快速吸附水体中的可溶有机物，经过一个周期的积累过程，废水中的有害物质可以得到有效缓冲，并能够控制丝状菌的活动。然后在主反应区中的微生物则在好氧等三种状态周期中循环，经过低负荷基质降解之后，污水中的污染物可以得到降解，而且利用硝化、反硝化过程还可以提高脱氮除磷效果，出水氨氮含量可以控制在5 mg/L以内[2]。

2.5 构筑物与设备

（1）格栅井：栅井的规格选择2.5 m×6 m×3.5 m，并且在格栅井中设计有自动旋转细格栅。（2）提升井：池子尺寸为7 m×7 m×4.5 m，HRF为45 min左右，增设有潜污泵，其中两台潜污泵为日常运作，另一台则留为备用。（3）预沉池：预沉池通过辐流式中心进水、周边出水的沉淀池，表面的水力负荷在0.8 m3/（m2·h）左右，直径约为18 m，总高4 m，池中设有半桥式周边传动刮泥机，边沿位置设计有2台排泥泵，用于定期将污泥排放并收集在污泥池中。（4）曝气调节池：尺寸在25 m×25 m×5.5 m，HRF为12 h，并选择复叶推流式曝气机。（5）初沉池：初沉池选择辐流式沉淀池，反应池经过废水反应后会生成沉淀物或絮状沉淀物，辐流式沉淀池能够针对这些生成物进行充分反应并沉降。（6）CAST池：污泥负荷为0.1～0.15 kgBOD/（kgMLSS·d），运作周期为6 h左右，曝气时间为4 h。池子设计共有2格，每格大小相同，均为45 m×15 m×5.5 m。CAST池的运作过程，包括水泵和进水阀门等都通过PLC系统进行管理。（7）反应池：反应池一共有3格，用作FeSO4、PAC、NaOH的投放，废水在不同格的停留时间都保持在10 min左右，并且每个格都设计有搅拌机。（8）水解酸化池：利用接触式水解酸化技术，进一步加强制革废水的净化效果，也有利于之后的好氧生化处理。池子底部设计有排泥管，将反应处理之后的杂物充分反应，内部选择弹性立体填料。（9）污泥浓缩池：选择机械化浓缩方法，池中固体负荷在45 kg/（m2·d）左右，直径和高度分别为9 m与4 m，并且设计中心悬挂式浓缩机。

2.6 运行结果

A公司制革废水工程投入使用后，经过4个多月时间的调整便达到了预期的投运效果，制革废水中的COD、BOD、S2-含量大大降低，Cr的净化率达到了95%左右，处理后的出水水质达符合当地污水排放标准的要求。虽然水质变化具有一定起伏，但依然能够满足国家标准，水质变化的原因可能是调节池的容积，能够确定的是CAST工艺的应用发挥了显著效果，抗冲击力优势使CAST工艺适用性更强，水质净化效果也可以得到充分发挥。

3 建议

（1）通过物化-水解酸化-CAST工艺的结合更高程度地净化制革废水，从而有效去除废水中的CODcr、BOD5、S2-及Cr等。（2）利用分流及物化进行预处理，COD与色度的去除成效十分显著，其中COD去除率可达半数，为之后的生物处理打下良好基础，也充分保证了废水的出水质量。（3）CAST工艺具有明显的混合性特征，对制革废水具有较强的净化能力，本身的抗冲击效果优秀的特征，使其对CODcr、BOD5、S2-、Cr的去除率都达到了90%甚至更高。（4）可以选择CAST生物选择器，从而加快絮凝细菌的生长与活动，在有效控制膨胀污泥的同时加快硝化及反硝化过程，并可以有效去除废水中的氨氮和磷。（5）选择物化CAST工艺来提高废水净化效果，不仅应用过程较为便利，同时矩形结构也更有利于建设及成本控制。在系统运行期间可以免除许多污泥回流环节，而且具有较高的智能化水平，可以进行自动化控制，后期的设备系统维护无论是成本还是便利性都优于其他工艺方法，具有较高的应用价值。

4 结语

CAST工艺具有较强的脱氮除磷效果，在处理效果、功能性、运行成本、系统操作等方面具有显著的优势，目前也得到了普遍应用，发展前景很好。从A企业对CAST工艺的应用结果看，该工艺也充分发挥了应有的优势，并且应用过程的影响因素较少，系统易于控制和操作，这也使得CAST工艺在多种废水处理中具有较强的可靠性和可行性。